锚式搅拌器性能分析开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:4478字

1. 研究目的与意义

搅拌在石油、化工、医药、染料、食品等行业中应用非常广泛,是这些过程工业中必不可少的操作单元。而工业中最常用的方法是机械搅拌。伴随三大合成材料的发展,高黏度流体日益增多,像塑料、合成橡胶、合成纤维等高分子材料。如何处理高黏度流体的搅拌问题变得越发重要。以往的机械搅拌器在处理这些高黏度流体时显得力不从心,而搅拌的效果直接关系到整个生产过程能否顺利进行以及最终产品的质量和生产的投资和成本,因此研究针对高黏度流体的搅拌器显得尤为重要。计算流体力学的出现极大的提高了搅拌混合设备的设计与应用效率。运用配合设计后期针对性的实验验证可以有效的减少劳动和研究经费的投入。本工作基于上述方法对一种针对高粘度流体的搅拌桨的动力学行为进行研究,并以此为基础优化出该类搅拌桨的最佳型式,并考察更适合高黏度流体的高效节能的搅拌桨型。

2. 国内外研究现状分析

一般认为,在工业规模的搅拌设备中小于5Pas的流体为低黏度流体,5~50Pas的流体为中黏度流体,50~500Pas的流体为高黏度流体,大于500Pas的流体为超高黏度流体[1]。

高黏度流体的混合由于其黏滞性过高而对静止的设备壁面产生较强的依附效应,单靠流体质点间相互作用力难以带动近壁处的流体一起运动。因此,要使高黏度流体得到充分的混合必须要求搅拌设备能够将近壁处的流体不停地刮下来,装有直径与搅拌槽接近的搅拌桨的立式单轴混合设备能够满足该混合需求。所谓单轴搅拌器,就是所有的搅拌桨无论是单桨、多层桨、还是复合桨,都安装在同一根搅拌轴上,研究发现直径与设备直径相接近的大直径搅拌桨比较适合于高黏度流体的混合,如框式桨、锚式桨、螺带桨等,特别是日本SUMITOMO住友集团研发的Maxblend在用于高黏度流体搅拌时表现出了低功耗、易清洗、在很宽的雷诺数下都适用等优点。

立式单轴混合设备中搅拌桨型的选择是关键。螺带桨、锚式桨、框式桨、Ekato桨等均可用于高黏度流体的混合,其共同点是桨径大小与设备直径接近。其中锚式搅拌器这种桨型实际上是桨式搅拌器的变形,相当于按照搅拌釜的底部形状做成的桨式搅拌器,锚式桨的D/T值很接近于1,转速很低,叶端速度一般小于1.5ms-1。由于搅拌桨与槽壁的间隙很小,当桨叶掠过槽壁时会产生强烈的剪切作用,且作用范围很大,这与高黏度流体混合机理是相符的。同时由于锚式搅拌桨的近壁特点,其对于消除固体在槽壁上累积的方面非常有效,采用近壁设计的特点同时还使得锚式桨搅拌时槽壁面附近物料流速比其他桨型大,因此可以得到更大的表面传热系数[2]。在Uhl和Voznick[3]的研究中,锚式桨对于黏度在0.1Pas到100Pas的液体搅拌中都有出色的表现。此外,有的垂直带式搅拌桨也能起到刮壁效应,或者直接在搅拌

器上装刮刀以加速近壁处流体运动;还有的搅拌器动臂与附着在混合器壁的静止构件呈相互啮合状,结构相当复杂[4]。

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3. 研究的基本内容与计划

锚式搅拌设备以其结构简单成本低廉而一直是经典的设备,适用范围广泛,造价低廉且有利于强化传热。基于Fluent的锚式搅拌桨研究国内少有研究,本文利用CFD模拟软件Fluent6.2对反应器内混合过程进行模拟分析对反应器内部流场的各个参数进行可视化处理,主要考察不同桨叶直径、搅拌器插入深度、搅拌转速对搅拌桨特性的影响,以及不同条件下的锚式搅拌桨的功率消耗,为工业应用提供全方位的参考

4. 研究创新点

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